Международная команда ученых проанализировала химические отпечатки микробов, извлеченных из донных отложений и воды подледного озера Мерсер-Лейк. Ученые описали процессы, в результате которых микробы получают углерод — источник энергии, и как работает в таких суровых условиях углеродный цикл.
Где берут энергию бактерии подледных озер Антарктиды
Международная команда ученых проанализировала химические отпечатки микробов, извлеченных из донных отложений и воды подледного озера Мерсер-Лейк. Ученые описали процессы, в результате которых микробы получают углерод — источник энергии, и как работает в таких суровых условиях углеродный цикл.
Гребни давления образуются возле станции Мак-Мердо в Антарктиде. Здесь сталкиваются морской лед и шельфовый ледник Росса. Это место является домом тюленей, где они рожают детенышей. Kathy Kasic, Billy Collins
Подледные озера, где не бывает дневного света, изучены сегодня гораздо хуже, чем, например, марсианские долины. Но можно сказать наверняка: где есть вода, там есть жизнь. Даже если эта вода находится на дне холодного озера, в кромешной тьме, под километровой толщей Западно-Антарктического ледникового щита.
Еще недавно считалось, что лед над озером Мерсер остается стабильным на протяжении сотен тысячелетий. Но новая работа показала, что озеро было связано с океаном около 6 000 лет назад, а Западно-Антарктический ледниковый щит был меньше, чем сегодня.
Западно-Антарктический ледниковый щит тогда отступил по меньшей мере на 250 километров вглубь материка, а затем снова продвинулся к океану, чтобы занять место на котором он находится сегодня.
Скважина к подледному озеру
Ученые взяли образцы из озера Мерсер, расположенного в нескольких сотнях километров от Южного полюса в рамках экспедиции Subglacial Antarctic Lake Scientific Access, или SALSA. Ученые работали в Антарктиде с декабря 2018 года по январь 2019 года. Команда использовала специальный чистый бур и горячую воду для извлечения самого длинного на сегодняшний день керна из подледного озера — более 2 метров.
Это только второй случай в истории, когда ученые извлекли керн осадочных пород из подледного озера (первый был извлечен из озера Уилланс в 2013 году).
Бурение льда. Экспедиция SALSA
Команда использовала геохимические методы, включая анализ изотопов и радиоуглеродное датирование, чтобы выяснить, как углерод циркулирует в системе. Они объединили эти данные с известными оценками микробного метаболизма, чтобы математически подтвердить, когда линия залегания Западно-Антарктического ледникового щита отступила. Оказалось, что запасы углерода попали в озеро 6000 лет назад.
Вкус 6 000-летнего углерода
Микробы в озере питаются углеродом, образовавшимся 6 000 лет назад, когда этот регион еще был связан с океаном. «В озере Мерсер, помимо углерода, попавшего сюда 6 000 лет назад, микробы могут использовать химическую энергию физических процессов, связанных с самим ледяным щитом», — говорит соавтор работы Брент Кристнер.
При движении льда находящаяся под ним порода измельчается, и мелкие частицы растворяются в воде. Микробы — в основном бактерии и археи — используют эти минералы для получения энергии при процессе, называемом хемосинтезом. Археи — это микроорганизмы, отличные от бактерий, которые были обнаружены и в других экстремальных средах, таких как горячие источники на суше и гидротермальные источники в глубинах океана.
Микробы также используют углерод, который поступает в озеро из водоемов, расположенных выше по течению. Подледные озера Антарктиды больше похожи на системы рек, чем на замкнутые водоемы.
Таянье Антарктиды
Если весь Западно-Антарктический ледниковый щит растает, то, по некоторым оценкам, это приведет к повышению уровня моря почти на 3 метра.
«В климатологии много безнадежной обреченности», — говорит ведущий автор работы Райен Вентурелли. — «Но наша работа показывает, что ледяные щиты гораздо более динамичны, чем мы считали, и нам необходимо исследовать механизмы, которые вызвали повторное продвижение ледяного щита до его сегодняшнего состояния, чтобы мы могли лучше прогнозировать будущее».
По оценкам ученых, в Антарктиде существует более 650 подледниковых озер, так что пока ученые буквально царапнули поверхность огромной области исследований. Но одно можно сказать наверняка, говорит Вентурелли: изучение основания ледника, особенно воды и отложений в этих системах подледных озер, стоит приложенных усилий.
«Мы не смогли бы узнать эти вещи, изучая морские отложения с корабля», — говорит Вентурелли. — «Иногда для того, чтобы сделать интересные выводы, нужно по-новому взглянуть на старую проблему».